一种多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于汽车悬架系统技术领域，具体涉及一种多模式电磁馈能式车辆主动悬 架作动器及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 传统的被动悬架由于刚度阻尼等参数是固定不变，只能确定一个尽量满足各方面 要求的折中方案，这就使汽车行驶平顺性和乘坐舒适性受到了一定的影响。显然，传统的被 动悬架己经不能满足人们的需求，这就需要一种新型的车辆悬架，而主动悬架就是根据汽 车的运动状态和路面情况，适时地调节悬架的参数，使其处于最佳减振状态。
[0003] 主动悬架一般由传感器和有源控制器组成的闭环控制系统，根据车辆的运动状况 和路面状况主动做出反应，来抑制车身的振动，该悬架既无固定的刚度又无固定的阻尼系 数，可以随着道路条件的变化和行驶需要的不同要求而自动地改变弹簧刚度和减振器阻尼 系数，适时地调节悬架的参数，使悬架始终处于最佳的减振状态和行驶姿态。
[0004] 目前，对于主动悬架作动器的研究大致分为三类，一是空气主动悬架作动器，二是 液压主动悬架作动器，三是电磁主动悬架作动器，而空气和液压作动器都存在着结构复杂、 泄漏密封、重量重和成本高及安全可靠性等诸多方面的问题，为保证主动悬架的良好性能， 作动器必须具有灵敏度高、稳定可靠、能耗低、位移大等特点，而随着电磁学理论的不断完 善以及大功率电子器件性能的不断提升，同时其价格也日趋低廉，采用电磁方式来实现主 动悬架力发生器，正好满足了以上要求，并已经取得了良好的效果。尤其是电磁直线作动器 有很多优点：具有结构简单结构紧凑、响应时间短、控制精度高、无接触摩擦、无润滑、适应 频带宽、输出位移和输出力较大、可控性好，与此同时，电磁主动悬架还具有将能量回收的 潜力，这也与当前提倡的"节能、环保"这一主题相吻合。
[0005] 但是，现有技术中的能量自供式主动悬架作动器还存在结构复杂、响应慢、可靠性 差、能耗大、成本高等缺陷，而且，尤其是当作动器失效时，既不能实现提高车辆乘坐舒适 性、操作稳定性的目标，反而又可能使行驶情况恶化，鉴于此，设计了一种新型的电磁直线 作动器，不仅能发挥一般电磁作动器的作用，而且，当作动器失效时，可以起到被动减振器 的作用，从而衰减由地面不平经车轮传至车身的振动，可谓一举两得。
[0006] 现有发明大都没有考虑到当电磁作动器发生失效时，悬架性能将会变得非常的恶 劣，整车的操稳性和平顺性变差，严重时会影响行驶安全性;而且没有考虑在提高平顺性的 情况下尽可能的达到馈能节能这一主题。
[0007] 另外，现有技术中的能量自供式主动悬架作动器的控制方法往往偏重主动悬架的 某一方面性能，没有综合能量自供式主动悬架作动器的总体性能，导致作动器在工作过程 中主动控制效果不明显，在能量回馈模式与主动控制模式之间转换速度过于频繁，造成系 统严重的迟滞效应，对蓄电池的寿命也有较大的影响;而且，现有技术中对作动器中电机转 速的控制方法还有待改善，现有技术还不能够使主动悬架处于最佳的减振状态。
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构紧 凑、设计新颖合理、实现方便且成本低、工作稳定性和可靠性高、馈能效率高、能够有效地延 长车载蓄电池的使用寿命的多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多模式电磁馈能式车辆主 动悬架作动器，其特征在于:包括作动器本体和作动器控制器，所述作动器本体包括活塞 筒、永磁直线电机模块和可调阻尼减振器模块，所述活塞筒的顶部固定连接有作动器上端 盖，所述活塞筒的底部固定连接有下吊耳;所述永磁直线电机模块包括设置在活塞筒内下 部的次级活塞杆，以及套装在次级活塞杆中上部的直线电机上端盖和套装在次级活塞杆下 部的直线电机下端盖，所述直线电机上端盖和直线电机下端盖均与活塞筒内壁固定连接， 所述直线电机上端盖和直线电机下端盖之间设置有套装在次级活塞杆外围且相互间隔设 置的多块硅钢片和多个初级线圈，所述次级活塞杆的外壁上固定连接有永磁体;所述可调 阻尼减振器模块包括从上到下穿过作动器上端盖伸入活塞筒内的减振器活塞杆和设置在 活塞筒内且罩在次级活塞杆顶部的套筒，所述减振器活塞杆的顶部固定连接有上吊耳，所 述套筒固定连接在直线电机上端盖顶部，所述套筒的顶部固定连接有与活塞筒的内壁固定 连接的密封隔离板，所述作动器上端盖、活塞筒和密封隔离板围成的空间为上阻尼液腔，所 述减振器活塞杆的底部固定连接有位于上阻尼液腔内的大活塞，所述密封隔离板、套筒和 直线电机上端盖围成的空间为下阻尼液腔，所述次级活塞杆的顶部固定连接有位于下阻尼 液腔内的小活塞，所述上阻尼液腔和下阻尼液腔内均设置有阻尼液，所述次级活塞杆的底 部固定连接有次级保护端盖，所述密封隔离板上设置有阻尼液通孔，所述活塞筒内壁上设 置有从上到下连通上阻尼液腔和下阻尼液腔的阻尼液通道，所述阻尼液通道上连接有比例 电磁阀；所述作动器控制器的输入端接有用于对车身加速度进行检测的加速度传感器、用 于对簧载质量速度进行检测的簧载质量速度传感器和用于对非簧载质量速度进行检测的 非簧载质量速度传感器，所述活塞筒的外壁上设置有控制盒，所述作动器控制器设置在控 制盒内，所述控制盒内还设置有整流器、用于为车载蓄电池充电的蓄电池充电电路、用于为 初级线圈提供稳定的输入电流的第一可控恒流源电路和用于为比例电磁阀提供稳定的输 入电流的第二可控恒流源电路，所述蓄电池充电电路接在整流器与车载蓄电池之间，所述 第一可控恒流源电路和第二可控恒流源电路均与车载蓄电池的输出端和作动器控制器的 输出端连接，多个所述初级线圈串联后与第一可控恒流源电路的输出端连接，所述比例电 磁阀与第二可控恒流源电路的输出端连接，所述整流器的输入端与多个串联后的初级线圈 连接。
[0010] 上述的一种多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器，其特征在于:所述作动器上 端盖的底部设置有套装在减振器活塞杆上的密封圈。
[0011] 上述的一种多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器，其特征在于:所述阻尼液通 孔的数量为2~10个。
[0012] 上述的一种多模式电磁馈能式车辆主动悬架作动器，其特征在于:所述上吊耳通 过螺纹连接的方式与减振器活塞杆的顶部固定连接。
[0013] 本发明还公开了一种能够适时地调节主动悬架的参数、使主动悬架处于最佳的减 振状态、能够更好地凸显作动器在工作过程中的主动控制效果的多模式电磁馈能式车辆主 动悬架作动器的控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
[0014] 步骤I、加速度传感器对车身加速度进行实时检测，簧载质量速度传感器对簧载质 量速度进行实时检测，非簧载质量速度传感器对非簧载质量速度进行实时检测;作动器控 制器对加速度传感器检测到的车身加速度信号、簧载质量速度传感器检测到的簧载质量速 度信号和非簧载质量速度传感器检测到的非簧载质量速度信号进行周期性采样；
[0015] 步骤Π 、作动器控制器将其第i次采样得到的车身加速度a1与预先设定的工作模 式切换车身加速度阈值进行比较，当车身加速度a 1小于等于工作模式切换车身加速度阈值 时，所述作动器控制器不输出对所述永磁直线电机模块的控制信号，所述车辆主动悬架作 动器工作在馈能半主动工作模式下，具体的工作过程为:车身振动带动上吊耳运动，上吊耳 带动大活塞运动，大活塞通过阻尼液带动小活塞和次级活塞杆运动，多个初级线圈与次级 活塞杆发生相对运动，多个初级线圈切割磁感线产生感应电动势，产生的感应电动势通过 整流器整流后，再经过蓄电池充电电路给车载蓄电池充电；同时，所述作动器控制器根据混 合天棚地棚控制的方法对其采样得到的簧载质量速度信号和非簧载质量速度信号进行分 析处理，得到比例电磁阀需要的输入电流/〗，即作动器控制器控制第二可控恒流源电路的 输出电流改变比例电磁阀的输入电流/!,进而调节比例电磁阀的开度，调节阻尼液通道 的阻尼力，进而实现对所述车辆主动悬架作动器阻尼力大小的实时调节；
[0016] 当车身加速度&1大于工作模式切换车身加速度阈值时，所述作动器控制器输出对 所述永磁直线电机模块的控制信号，所述车辆主动悬架作动器工作在主动耗能工作模式 下，具体的工作过程为:首先，所述作动器控制器控制第二可控恒流源电路的输出电流右为 将比例电磁阀的开度调节到最大时需要的输入电流，使阻尼液通道的阻尼力变为最小，减 小所述永磁直线电机模块主动响应时所需的主动力;然后，所述作动器控制器根据PID控制 的方法对其第i-Ι次采样得到的车身加速度信号a 1+1和第i次采样得到的车身加速度信号a1 进行分析处理，得到多个初级线圈需要的输入电流